RU2794168C1 - Multi-signal phase auto-tuning system - Google Patents
Multi-signal phase auto-tuning system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2794168C1 RU2794168C1 RU2021132118A RU2021132118A RU2794168C1 RU 2794168 C1 RU2794168 C1 RU 2794168C1 RU 2021132118 A RU2021132118 A RU 2021132118A RU 2021132118 A RU2021132118 A RU 2021132118A RU 2794168 C1 RU2794168 C1 RU 2794168C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- vector
- signals
- individual
- consumer
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к спутниковым технологиям определения местоположения и обработке радионавигационных сигналовThe invention relates to satellite technologies for determining the location and processing of radio navigation signals
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является многосигнальная система фазовой автоподстройки, описанная в журнале радиотехника №7 - М.: Радиотехника, 2013, с. 507, рис. 13. 14 Харисов В.Н., Кушнир А.А. и содержащая m параллельно работающих индивидуальных фазовых автоподстроек (ФАП) первого порядка, в которых оцениваются индивидуальные составляющие фаз, общий контур, в котором оцениваются общие для всех сигналов составляющие фаз сигналов, и блок расчета коэффициентов следящего фильтра.Closest to the proposed invention is a multi-signal phase locked loop system described in the journal radio engineering No. 7 - M.: Radio engineering, 2013, p. 507, fig. 13. 14 Kharisov V.N., Kushnir A.A. and containing m parallel operating individual phase locked loops (PLL) of the first order, in which the individual components of the phases are estimated, a common circuit, in which the components of the phases of the signals common to all signals are estimated, and a block for calculating the coefficients of the tracking filter.
Каждый блок индивидуальной ФАП содержит фазовый дискриминатор, следящий фильтр за индивидуальной составляющей фазы и управляемый генератор опорного сигнала. На вход управляемого опорного генератора поступают приращения фаз , определяемые как проекции оценок приращений вектора на линию визирования, и приращения фаз определяемые по значениям доплеровского сдвига частоты, возникающего из-за движения космического аппарата, и вычисляемое по данным эфемерид в блоке вторичной обработки. В блоке расчета коэффициентов следящего фильтра решается уравнение Риккати для получения значений корреляционной матрицы ошибок для вектора размерностью 11×1 и R0 размерностью единица.Each block of an individual PLL contains a phase discriminator, a tracking filter for an individual phase component, and a controlled reference signal generator. The input of the controlled reference oscillator receives phase increments , defined as projections of estimates of increments of the vector to the line of sight, and phase increments determined from the values of the Doppler frequency shift arising from the movement of the spacecraft, and calculated from the ephemeris data in the secondary processing unit. In the tracking filter coefficient calculation block, the Riccati equation is solved to obtain the values of the error correlation matrix for vector dimension 11×1 and R 0 dimension one.
Недостатком такой многосигнальной системы фазовой автоподстройки является: блок расчета коэффициентов следящего фильтра, имеющий максимальную размерность матриц 11×11, обусловленную размерностью вектора х. Индивидуальная ФАП имеет первый порядок и обладает низкой помехоустойчивостью.The disadvantage of such a multi-signal phase-locked loop system is: the block for calculating the coefficients of the tracking filter, which has a maximum dimension of the matrices 11×11, due to the dimension of the vector x. Individual PLL has the first order and has low noise immunity.
Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости системы слежения за фазами сигналов спутниковых навигационных систем излучаемых, как одним навигационным космическим аппаратом (НКА) на одной или на разных несущих частотах, так несколькими НКА, повышение точности измерения фаз сигналов, снижение трудоемкости расчета коэффициентов следящих фильтров.The technical result of the invention is to increase the noise immunity of the tracking system for the phases of signals of satellite navigation systems emitted, both by one navigation spacecraft (NSV) at one or at different carrier frequencies, and by several SVs, increase the accuracy of measuring signal phases, reduce the complexity of calculating the coefficients of tracking filters.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной многосигнальной системе фазовой автоподстройки частоты, содержащей УП индивидуальных идентичных контуров слежения за фазами принимаемых сигналов, с возможностью оценки индивидуальных составляющих фаз, каждый из контуров состоит из последовательно соединенных фазового дискриминатора, следящего фильтра, управляемого генератора опорного сигнала, на вход которого поступают приращения фаз, общий контур, с возможностью оценки общих для всех сигналов составляющих фаз, приращений сигналов и блок расчета коэффициентов следящего фильтр с возможностью получения значений корреляционной матрицы ошибок, при этом блок расчета коэффициентов следящего фильтра выполнен с возможностью расчета раздельно коэффициентов корреляционных матриц ошибок по вектору x и по вектору Δ, и пересчет ошибок к полному вектору оценивания; с возможностью расчета коэффициентов индивидуальных контуров размерностью 2×2, каждый индивидуальный контур выполнен с возможностью получения m оценок фаз сигналов общий контур выполнен с возможностью формирования вектора приращений по фазам связанными с оценкой приращения координат потребителя и вектора приращений по фазе пропорционального оценке вектора скорости потребителя.The specified technical result is achieved by the fact that in a well-known multi-signal phase-locked loop system containing the UE of individual identical phase tracking loops of the received signals, with the ability to evaluate individual phase components, each of the loops consists of a series-connected phase discriminator, a tracking filter, a controlled reference signal generator , the input of which is the phase increments, a common circuit, with the possibility of estimating the phase components common to all signals, the signal increments, and the tracking filter coefficient calculation unit with the possibility of obtaining the values of the error correlation matrix, while the tracking filter coefficient calculation unit is configured to calculate separately the coefficients correlation matrices of errors by vector x and by vector Δ, and recalculation of errors to the full estimation vector; with the ability to calculate the coefficients of
Сущность предлагаемой многосигнальной системы фазовой автоподстройки (МФАП) поясняется структурными схемами, представленными на фигурах. Указанные фигуры не охватывают и тем более не ограничивают весь объем притязаний данного решения, а являются лишь иллюстрирующим материалом для частного случая исполнения, где на фиг. 1 представлена структурная схема МФАП; фиг. 2 - схема индивидуального контура; фиг. 3 - схема общего контура.The essence of the proposed multi-signal phase-locked loop (MFAP) is illustrated by the block diagrams shown in the figures. These figures do not cover and, moreover, do not limit the entire scope of the claims of this decision, but are only illustrative material for a particular case of execution, where in Fig. 1 shows the block diagram of the MPAP; fig. 2 - diagram of an individual circuit; fig. 3 is a diagram of the general circuit.
МФАП (фиг. 1) содержит УП индивидуальных контуров 1 слежения за фазами сигналов (соответствует числу принимаемых сигналов), общего контура 2 слежения за приращением вектора, пропорционального общей составляющей фазы , и блока 3 расчета коэффициентов фильтра.MFAP (Fig. 1) contains the UE of
Многосигнальная система фазовой автоподстройки работает следующим образом. На вход МФАП поступает совокупность оцифрованных отсчетов принимаемых сигналов, имеющие YYI компонент где - отношение сигнал-шум.The multi-signal phase locked loop works as follows. The MFAP input receives a set of digitized readings received signals having a YYI component Where - signal-to-noise ratio.
На выходе 2 каждого индивидуального контура 1 (фиг. 2) формируются процесс di,t, пропорциональный величине рассогласования входного и опорного сигналов. На выходе 1 каждого индивидуального контура 1 формируется оценка фазы, соответствующая принимаемому сигналу. На входы 2, 3 и 4, из общего контура, поступают оценки приращений фаз , соответственно.At the
В общем контуре (фиг. 3) формируется вектор приращений по фазам связанными с оценкой приращения координат потребителя и вектор приращений по фазе пропорциональный оценке вектора скорости потребителя, которые используются для управления генераторами сигналов всех частот.In the general circuit (Fig. 3), the phase increment vector is formed associated with the estimation of the increment of the consumer's coordinates and phase increment vector proportional to the consumer's velocity vector estimate, which are used to control signal generators of all frequencies.
Блок расчета коэффициентов следящего фильтра выполнен с возможностью расчета коэффициентов для вектора и вектора меньшей размерности, 9×1 и 2×1 соответственно,The block for calculating the tracking filter coefficients is configured to calculate the coefficients for the vector and vector smaller dimension, 9×1 and 2×1 respectively,
где x, y, z - координаты потребителя,where x, y, z are consumer coordinates,
Vx,Vy,Vz - компоненты скорости потребителя,V x ,V y ,V z - consumer speed components,
a x, a y, a z - компоненты ускорения потребителя, a x , a y , a z - consumer acceleration components,
Δ - смещение часов потребителя (опорного генератора),Δ - consumer clock offset (reference oscillator),
VΔ - скорость ухода часов.V Δ is the rate of clock drift.
Сущность работы предлагаемой многосигнальной системы фазовой автоподстройки (МФАП) заключается в получении m оценок фаз сигналов при приеме m сигналов от нескольких или одного НКА, в том числе на разных несущих частотах и квадратурах сигнала.The essence of the operation of the proposed multi-signal phase-locked loop system (MFPL) is to obtain m estimates of the signal phases when receiving m signals from several or one NSC, including at different carrier frequencies and signal quadratures.
Значение оценок вектора фаз и оценок вектора скорости можно определить из системы выраженийThe value of phase vector estimates and estimates of the velocity vector can be determined from a system of expressions
где - расширенная матрица направляющих косинусов,Where is the extended direction cosine matrix,
ei - матрица направляющих косинусов i-го сигнала;e i - matrix of direction cosines of the i-th signal;
с=299 792 458 м/с - скорости света;с=299 792 458 m/s - the speed of light;
- вектор доплеровских сдвигов частот, возникающих за счет движения НКА, и определяемых по данным эфемерид, is the vector of Doppler frequency shifts arising due to the motion of the SV and determined from the ephemeris data,
- вектор радиальных скоростей НКА, - the vector of radial velocities of the SV,
- вектор несущих частот сигналов НКА, - vector of carrier frequencies of NSC signals,
diag{…} - операция формирования диагональной матрицы,diag{…} - operation of forming a diagonal matrix,
Rxx - вектор коэффициентов следящего фильтра,R xx - tracking filter coefficient vector,
h - интервал интегрирования,h - integration interval,
- вектор выходов дискриминаторов, значения которых описываются выражением - vector of discriminator outputs, the values of which are described by the expression
где ξi - сигнал НКА на i-м входе дискриминатора,where ξ i - NCA signal at the i-th input of the discriminator,
- экстраполированное значение фазы i-го сигнала на шаг h, - extrapolated phase value of the i-th signal per step h,
- операция выделения мнимой части. - the operation of extracting the imaginary part.
- матрица преобразования в дискретном времени - transformation matrix in discrete time
В блоке расчета коэффициентов следящего фильтра выполняется расчет корреляционных матриц ошибок Rxx, Rxv и Rϕ0 итерационным методом. Порядок расчета разбит на 6 этапов:In the block for calculating the coefficients of the tracking filter, the correlation matrices of errors R xx , R xv and R ϕ0 are calculated by the iterative method. The calculation procedure is divided into 6 stages:
Этап 1. Задать исходные данные:
q - значение отношения сигнал-шум в отсчете коррелятора;q is the value of the signal-to-noise ratio in the correlator sample;
N a - спектральная плотность формирующего шума ускорения потребителя;N a - spectral density of the forming noise of the acceleration of the consumer;
NΔ - спектральная плотность формирующего шума смещения часов потребителя (опорного генератора) Δ;N Δ is the spectral density of the forming noise of the clock shift of the consumer (reference oscillator) Δ;
- спектральная плотность формирующего шума скорости ухода часов VΔ потребителя; - spectral density of the forming noise of the clock drift rate V Δ of the consumer;
- спектральная плотность формирующего шума индивидуальной фазы; - spectral density of the shaping noise of the individual phase;
- спектральная плотность формирующего шума частоты индивидуальной ФАП. - spectral density of the forming noise frequency of the individual PLL.
Этап 2. Определить значения корреляционной матрицы решая систему уравнений с начальными условиями
где - матрица экстраполяции вектора x,Where - extrapolation matrix of the vector x,
- матрица дисперсий формирующих шумов, - matrix of variances of shaping noises,
- матрица наблюдений по вектору x - matrix of observations by vector x
Этап 3. Определить значения корреляционной матрицы решая систему уравнений с начальными условиями :
где - матрица экстраполяции вектора Δ,Where - vector extrapolation matrix Δ,
- матрица наблюдений по вектору Δ. - matrix of observations by the vector Δ.
Этап 4. Определить значения корреляционной матрицы ошибок для вектора выполняя пересчет значений корреляционных матриц ошибок и используя преобразованиеStage 4. Determine the values of the correlation matrix of errors for vector recalculating the values of correlation error matrices And using transform
где Where
Этап 5. Сформировать корреляционную матрицу ошибок по вектору выполнив перестановку элементов матрицы в порядке
Этап 6. Определить значения корреляционной матрицы ошибокStage 6. Determine the values of the correlation error matrix
- вектор коэффициентов индивидуальных контуров - vector of coefficients of individual contours
где матрицы , решая систему уравнений с начальными условиями :Where matrices , solving the system of equations with initial conditions :
где Where
Таким образом, m идентичных индивидуальных контуров являются ФАП второго порядка и обладают повышенной помехоустойчивостью.Thus, m identical individual circuits are PLLs of the second order and have increased noise immunity.
Использование изобретения позволяет повысить помехоустойчивость и точность измерения фаз сигналов системы фазовой автоподстройки частоты пропорционально числу принимаемых сигналов, как при приеме сигналов от разных НКА, на разных или на одной несущей, так и при приеме сигналов от одного НКА.The use of the invention makes it possible to increase the noise immunity and the accuracy of measuring the phases of the signals of the phase-locked loop system in proportion to the number of received signals, both when receiving signals from different SVs, on different or on the same carrier, and when receiving signals from one SV.
Claims (19)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2794168C1 true RU2794168C1 (en) | 2023-04-12 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0057073A1 (en) * | 1981-01-17 | 1982-08-04 | Fujitsu Limited | A hyperbolic navigation receiver |
RU2168267C2 (en) * | 1999-06-02 | 2001-05-27 | Корпорация Самсунг Электроникс | Method of automatic frequency control and device for its realization |
RU2383991C2 (en) * | 2008-03-31 | 2010-03-10 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Digital phase-locked loop system (versions) |
RU2431917C1 (en) * | 2010-09-15 | 2011-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") | Digital phase automatic frequency control system |
RU2492506C1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | Adaptive tracking measuring device |
RU2584139C2 (en) * | 2011-03-16 | 2016-05-20 | Сагем Дефенс Секьюрите | Method for determination and correction of deviation of carrier phase during reception of radio-navigation signal |
RU193699U1 (en) * | 2019-06-21 | 2019-11-11 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | FREQUENCY-PHASE SYNCHRONIZATION DEVICE |
CN111431525A (en) * | 2020-06-12 | 2020-07-17 | 成都锐新科技有限公司 | P LL of active phased array radar |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0057073A1 (en) * | 1981-01-17 | 1982-08-04 | Fujitsu Limited | A hyperbolic navigation receiver |
RU2168267C2 (en) * | 1999-06-02 | 2001-05-27 | Корпорация Самсунг Электроникс | Method of automatic frequency control and device for its realization |
RU2383991C2 (en) * | 2008-03-31 | 2010-03-10 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Digital phase-locked loop system (versions) |
RU2431917C1 (en) * | 2010-09-15 | 2011-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") | Digital phase automatic frequency control system |
RU2584139C2 (en) * | 2011-03-16 | 2016-05-20 | Сагем Дефенс Секьюрите | Method for determination and correction of deviation of carrier phase during reception of radio-navigation signal |
RU2492506C1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | Adaptive tracking measuring device |
RU193699U1 (en) * | 2019-06-21 | 2019-11-11 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | FREQUENCY-PHASE SYNCHRONIZATION DEVICE |
CN111431525A (en) * | 2020-06-12 | 2020-07-17 | 成都锐新科技有限公司 | P LL of active phased array radar |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0351156B1 (en) | Global positioning system receiver with radio frequency and digital processing sections | |
US5192957A (en) | Sequencer for a shared channel global positioning system receiver | |
US8675713B2 (en) | Satellite-based positioning system reception device comprising a function for detecting false lock-ons | |
US4862178A (en) | Digital system for codeless phase measurement | |
US5199050A (en) | Pseudorandom (PN) signal synchronization circuit and related method | |
CN110418979B (en) | Global Navigation Satellite System (GNSS) signal tracking | |
Lian | Improving tracking performance of PLL in high dynamic applications | |
Yan et al. | Weak GPS signal tracking using FFT discriminator in open loop receiver | |
Kim et al. | An ultra-tightly coupled GPS/INS integration using federated Kalman filter | |
CN114609652B (en) | Multi-frequency open-loop receiver tracking method and system under extreme ionosphere abnormality | |
EP3362818B1 (en) | Satellite navigation receiver with fixed point sigma rho filter | |
RU2794168C1 (en) | Multi-signal phase auto-tuning system | |
JP5519223B2 (en) | Satellite signal receiver | |
RU183781U1 (en) | DEVICE FOR DOPPLER FREQUENCY DEFINITION DETERMINATION DETERMINATION BY THE INFORMATION PHASOMANIPULATED SIGNAL BY APPROXIMATION OF PHASE DEFLECTION | |
RU186027U1 (en) | DEVICE FOR DOPPLER FREQUENCY DEFINITION DETERMINATION BY THE PHASOMANIPULATED SIGNAL INFORMATION BY THE WEIGHTED APPROXIMATION OF PHASE DEFLECTION | |
US9385767B2 (en) | Apparatus for correcting multipath errors in carrier phase measurements of a navigation receiver | |
US7222035B1 (en) | Method and apparatus for determining changing signal frequency | |
Lashley et al. | Vector processing | |
RU2687884C1 (en) | Method for determining doppler frequency shift based on an information phase-manipulated signal based on analysis of deviation of phase difference 2 of order | |
Nunes et al. | Nonlinear filtering in GNSS pseudorange dynamics estimation combining code delay and carrier phase | |
RU2760977C1 (en) | Multifrequency phase automatic control system | |
RU2551805C2 (en) | Method of multiple parameter tracking of navigation signals and satellite navigation receiver with multiple parameter device of tracking of weak signals in conditions of ultrahigh dynamics of object | |
RU2117954C1 (en) | Signal-to-noise ratio meter | |
WO2015041566A1 (en) | Apparatus for correcting multipath errors in carrier phase measurements of a navigation receiver | |
RU2205417C2 (en) | Multichannel receiver-indicator of satellite radio navigation systems |